Partie 8 : Traitement thermique Table des matières

Transcription

Partie 8 : Traitement thermique
Table des matières:
Chapitre I - Rappels métallurgiques .................................................................................. 3
I.A. Structure atomique et organisation cristalline ....................................................... 3
I.A.1. Structure atomique ............................................................................................... 3
I.A.2. Arrangements cristallins ...................................................................................... 3
I.A.3. Agrégats et défauts cristallins .............................................................................. 5
I.B. Les différentes phases métalliques........................................................................... 7
I.B.1. Métaux ductiles .................................................................................................... 7
I.B.2. Métaux alliés ........................................................................................................ 7
Chapitre II - Traitement thermique des métaux ............................................................. 10
II.A. Recuit ...................................................................................................................... 10
II.B. Trempe.................................................................................................................... 13
II.B.1. La trempe dans la masse ................................................................................... 14
II.B.2. La trempe superficielle ..................................................................................... 14
II.C. Revenu .................................................................................................................... 16
Chapitre III - Les modèles ................................................................................................. 18
III.A. Le modèle de cinétique de transformation de phases des aciers ..................... 18
III.A.1. Généralités ....................................................................................................... 18
III.A.2. Germination : Modèle de Scheil ...................................................................... 19
III.A.3. Croissance : Modèle de Johson Mehl Avrami................................................. 19
III.A.4. Transformation martensitique ......................................................................... 20
III.A.5. Austénitisation ................................................................................................. 21
III.B. Le modèle de mécanique ..................................................................................... 21
III.B.1. Comportement plastique .................................................................................. 21
III.B.2. Comportement élastique .................................................................................. 22
III.C. Caractéristiques thermiques : masse volumique chaleur massique,
conductivité ..................................................................................................................... 22
III.D. Le modèle couplé.................................................................................................. 22
Chapitre IV - Les couplages .............................................................................................. 23
IV.A. Couplage thermique – mécanique ...................................................................... 23
IV.A.1. Dilatation thermique........................................................................................ 23
IV.B. Couplage changement de phase – thermique .................................................... 23
IV.B.1. Enthalpie de transformation ............................................................................ 23
IV.C. Couplage changement de phase – mécanique ................................................... 23
IV.C.1. Dilatation de changement de phase ................................................................. 23
IV.C.2. Plasticite de transformation ............................................................................. 23
IV.C.3. Influence de l’état de contrainte sur la cinétique de transformation ............... 24
IV.C.4. Mémoire de la déformation lors d’un changement de phase ........................... 24
-1-
Transvalor
Chapitre V - Trempe de matériaux hétérogènes ............................................................. 25
V.A. Taux de carbonne variable - Cementation .......................................................... 25
a) Modification des températures caractéristiques ................................................... 25
b) Modification des cinétiques de transformation .................................................... 26
V.A.2. Taille de grain hétérogène dans le lopin ........................................................... 26
Données ............................................................................................................................... 28
V.B. Exemples de données caratéristiques ................................................................... 28
V.B.1. Diagramme TTT ............................................................................................... 28
V.B.2. Taux de phase transformée maximun ............................................................... 28
V.B.3. Enthalpie de transformation .............................................................................. 29
V.B.4. Prédiction de la dureté ...................................................................................... 29
V.C. Les fichiers de données dans Forge ...................................................................... 30
V.C.1. Le fichier materiau ".tmf" ................................................................................. 30
V.C.2. Les fichiers spécifiques – règles générales ....................................................... 31
V.C.3. Les fichiers spécifiques – Le fichier ".ttt" ........................................................ 32
V.C.4. Les fichiers spécifiques – Le fichier ".loi" ....................................................... 34
-2-
Transvalor
Chapitre I - RAPPELS METALLURGIQUES
Ce chapitre a pour but de rappeler brièvement des notions qui seront utilisées dans la
compréhension des mécanismes d’évolution de la structure des métaux et de leurs alliages
avant, durant et après les traitements thermiques.
I.A. Structure atomique et organisation cristalline
Tous les matériaux sont composés d’un assemblage d’atomes propre à chaque métal,
organisés en réseaux cristallins (motif répété dans toute la structure).
I.A.1. Structure atomique
L’atome constitue la plus petite partie de métal pur à l’état libre. Chaque atome est constitué
d’un noyau autour duquel gravitent des électrons figure 1.
Électrons
Noyau
Figure 1 : mouvements des électrons autour de l’atome
Tout atome possède un numéro atomique propre ainsi qu’une masse bien définie (cf. tableau
périodique des éléments : la table de Mendeleïev).
La matière solide est constituée d’atomes reliés entre eux par des liaisons inter atomiques plus
ou moins forte suivant les couches d’électrons périphériques.
Dans le cas des liaisons métalliques, l’équilibre entre la force attractive et répulsive des
électrons constitue l’état solide de la matière.
L’interaction des électrons dans le métal peut varier sous l’influence d’un accroissement de
température soit diminuer si on abaisse la température. Ce phénomène est à l’origine de la
dilatation du métal du fait de l’augmentation de la longueur des liaisons, elle est due à
l’agitation thermique. A la température de fusion les liaisons sont trop distantes, on obtient
alors un état liquide.
I.A.2. Arrangements cristallins
Du fait de la grande force des liaisons métalliques, il existe un arrangement des atomes en
structure ordonnée. Lors de la phase de solidification, cette structure devient ordonnée, les
-3-
Transvalor
atomes sont régulièrement repartis dans l’espace. Cela constitue un réseau dont les atomes
sont les nœuds. La maille est le groupe d’éléments pouvant se répéter indifféremment
(formant ainsi la base du cristal ou motif cf. figure 2).
Réseau
Motif
Figure 2 : notion de motif et de réseau de maille cristalline
Pour les métaux il existe trois types de mailles cristallines qui sont illustrés figure 3:
a) Cubique Centrée
b) Cubique à Faces Centrées
c) Hexagonale Compacte
Figure 3 : structure de maille
Pour une meilleure compréhension de la mécanique des matériaux on peut assimiler les
atomes à des sphères dont le rayon varie en fonction de l’atome considéré.
La structure est dite « compacte » si toutes les sphères se touchent ce qui est le cas pour les
structures HC et CFC.
Pour certains métaux, la structure cristalline varie en fonction de la température (figure 4). Le
fer est dit alors cristal polymorphe ou cristal allotropique. Par exemple le fer est CC ou dit
« fer α » à 20°C, il devient CFC ou « fer γ » à 910°C puis redevient CC à 1400°C.
-4-
Transvalor
Température (°C)
Liquide
Solidification
Liquide →Fer δ
Fer δ
1540
Fer δ→ Fer γ
Fer γ
1400
Fer γ→ Fer α
769
Fer α
910
Température de Curie
500
Temps
Figure 4 : Transformations allotropiques du fer pur
au refroidissement
I.A.3. Agrégats et défauts cristallins
Les agrégats sont des agglomérations de cristaux dans les métaux, dans les agrégats, la taille
de cristaux varie ; ceux-ci sont organisés suivant le même type de structure cristalline mais ne
possèdent pas la même orientation les uns par rapport aux autres.
Les propriétés de ces agrégats dépendent des cristaux constituants, mais aussi de la zone de
contact entre les grains contigus d’orientation différente c’est ce qu’on appelle joint de grains.
On peut le voir aussi comme une zone où les liaisons interatomiques sont perturbées et où
apparaissent des anomalies dans l’arrangement des nœuds du réseau (figure 5).
-5-
Transvalor
Figure 5 : en bleu les orientations en jaune le joint de grains [1]
Les défauts cristallins peuvent être :
• Les défauts ponctuels se trouvent sous plusieurs formes :
− s’il manque un atome au nœud du réseau. Cette lacune crée une distorsion du
réseau car les atomes voisins tendent à la combler.
− un atome étranger occupe un nœud du réseau, une impureté en élément d’alliage
dissout c’est une solution solide en substitution (possible si le rayon de l’atome
étranger ne dépasse pas 20 à 30 % de celui d’origine).
− un atome étranger hors des nœuds du réseau est dit en solution solide d’insertion (il
doit être très petit éléments H, O, N, C et B).
• Les défauts linéaires ou dislocations apparaissent dès la solidification ou lors des
déformations plastiques. La dislocation coin joue un rôle important dans le comportement
mécanique du métal. Si l’on part d’un cristal parfait avec les plans (en vert et en jaune), on
crée une dislocation coin en retirant le plan jaune. Là où le plans jaune a été retiré le réseau
est distordue c’est ce qu’on appelle ligne de dislocation.
Figure 6 : Cristal parfait à gauche Cristal avec dislocation à droite [2]
• Les défauts plans tels que les joints de grains ont une grande importance car, dans cette
zone, les atomes ne sont pas en position stable (l’ordre naturel est perturbé).
-6-
Transvalor
• Les défauts en volume correspondent à de petites particules étrangères au sein d’un métal
homogène
I.B. Les différentes phases métalliques
Les propriétés mécaniques des matériaux varient en fonction de l’état où se trouve la structure
du matériau.
Durcir un alliage revient donc, à bloquer les mouvements des dislocations afin d’éviter la
déformation plastique ce qui crée le fibrage du métal.
I.B.1. Métaux ductiles
Les métaux ductiles sont des métaux purs qui possèdent une grande capacité à se déformer
plastiquement. Ils ont peu de densité de dislocation, qu’ils possèdent une taille de grains
relativement grosse et le réseau cristallin est peu perturbé par des éléments étrangers.
I.B.2. Métaux alliés
De façon générale les métaux alliés sont plus durs que les métaux purs. Pour réaliser un
durcissement il existe différents procédés :
• L’augmentation de la densité de dislocation se réalise par un écrouissage qui augmente le
taux de déformation plastique en déplacement des dislocations qui se gênent mutuellement, ce
qui augmente la dureté du métal.
• L’affinement de la taille des grains joue un rôle important dans le mouvement des plans de
glissement.
• La perturbation du réseau cristallin par des éléments étrangers qui perturbent donc les
mouvements des dislocations.
• La provocation de la formation de précipités permet de rendre moins ductile le métal. Il
existe deux cas :
− le déplacement en cisaillant les particules (figures 7a le diamètre moyen des particules
influence l’effort de cisaillement)
− le contournement des particules car la dislocation bute sur les particules. Elle les contourne
en forment des arcs de plus en plus grands qui lorsqu’ils se recombinent en lignes de
dislocations laissent des boucles de dislocation autour des particules figure 7b (ces boucles
perturberont le passage de futures dislocations).
-7-
Transvalor
Figure 7a : cisaillement de particules
Figures 7b : boucles de dislocation
Les principaux alliages rencontrés dans l’industrie :
Alliages
à base de
Structure
Fer
CC ou dit « fer α »
à 20°C,
CFC ou « fer γ »
à 912°C
CC à 1402°C.
1150 à 1500°C
Aluminium
cubique à faces
centrées
660°C
Cuivre
Nickel
Titane
cubique à faces
centrées
cubique à faces
centrées
hexagonal (α)
au-dessous de
882°C et cubique
centrée (β) audessus de 882°C
(la transformation α
↔ β se déroule sans
diffusion, sans
germination et sans
croissance de la
nouvelle phase).
Température
de fusion
Éléments d’alliage
le carbone,
le vanadium,
le molybdène,
le tungstène,
le niobium, le chrome
le cuivre,
le manganèse,
le magnésium,
le silicium, le zinc,
le lithium
Le durcissement
se fait par
précipitation de
carbures
précipitation
1084°C
l’argent, le cadmium
et le tellure
effet de solution
solide,
précipitation,
écrouissage
1455°C
Le carbone, le
tantale,
le niobium, le
zirconium, le titane,
le vanadium,
le chrome
effet de solution
solide, par
précipitation
1670°C
le molybdène,
le vanadium, le
niobium, le tantale
-
Exemples des alliages fer, le carbone joue un rôle important dans le durcissement du fer par
précipitation de carbures. La formation de ces différents carbures s’explique par le diagramme
-8-
Transvalor
d’équilibre (figure 8) qui donne les différents domaines d’existence des alliages fer-carbone
en pourcentage ainsi que leurs domaines d’existence dans les plages de températures.
Figure 8 : diagramme d’équilibre Fe-Fe3C [3]
Dans le chapitre suivant on s’intéressera à l’influence des changements de structure dus aux
traitements thermiques.
-9-
Transvalor
Chapitre II - TRAITEMENT THERMIQUE DES
METAUX
Les traitements thermiques ont pour but d’améliorer les propriétés du matériau aux différents
stades de conceptions et d’utilisations (figure 9). Dans le cadre de la conception on cherchera
à favoriser l’usinage c’est à dire la mise en forme du métal. Dans le cadre de l’utilisation,
c’est à dire lorsque la pièce est soumise à des contraintes statiques ou dynamiques, on
cherchera à minimisera le risque de rupture ou de fatigue de la pièce.
Traitements thermiques
de
surface et dans la masse
Recuit
−
−
−
−
−
−
−
Homogénéisation
Recristallisation
Détente
Régénération
Isotherme
Incomplet
Normalisation
Trempe
−
−
−
−
−
Revenu
Superficiel
Air
Eau
brouillard
Huile
Par étape
− Détente
− Adoucissement
− Induction
− Chalumeau
− Faisceaux
d’énergies
− Nitruration
− Plasma pulsé
− Cémentation
− Traitements
thermochimique
Figure 9 : Traitements thermiques
Dans le cas des procédés industriels il existe trois types de traitements thermiques se passant à
des moments différents avant ou après l’usinage de la pièce. Ces trois grandes parties sont
elles mêmes subdivisées en plusieurs sous parties qui seront exprimées par la suite.
II.A. Recuit
De façon générale, par le terme « recuit », on entend « adoucir » ce qui n’est qu’un aspect du
recuit. D’un point de vue physique ce traitement thermique permet d’obtenir un état
d’équilibre de plus faible énergie interne possible c'est-à-dire le plus stable possible.
Le recuit a pour but de :
•
•
Diminuer la dureté d'un acier trempé.
D’obtenir le maximum d'adoucissement pour que l'usinage ou les traitements
mécaniques soient plus faciles.
- 10 -
Transvalor
•
•
•
Régénérer un métal qui a été écroui ou surchauffé.
Homogénéiser les textures hétérogènes.
Réduire les contraintes internes.
Un cycle thermique de recuit comprend trois phases :
•
Une phase de chauffage jusqu'à une température dite de recuit qui dépend du type de
recuit à réaliser.
•
Une phase de maintien isotherme à la température de recuit, on a aussi la possibilité
d’avoir des oscillations autour de cette température.
•
Une dernière phase de refroidissement très lent généralement à l'air calme. La vitesse de
refroidissement doit être inférieure à la vitesse critique de recuit.
Les recuits se déclinent de plusieurs façons selon le résultat que l’on veut obtenir : la figure 10
les illustre. Les deux températures suivantes varient en fonction du type de métal utilisé, Ac3
est température au-delà de laquelle il y a homogénéisation, normalisation. En deçà et aux
alentours de la température Ac1 il y a l’adoucissement, la recristallisation, la détente.
T(°C)
Homogénéisation
Ac3
Normalisation
Ac1
Adoucissement
Recristallisation
Détente
t
Figure 10 : les différents cycles thermiques du recuit
Les exemples de types de recuits qui seront exposés par la suite porteront sur des aciers pour
la majorité.
- 11 -
Transvalor
Recuit
Temps
de
maintien
Température
Temps de
refroidissement
Variation de
structure
d'homogénéisation
(diffusion)
1100 à 1200°C
assez long
assez rapide pour
éviter de nouvelles
précipitations
pas de
grossissement
du grain
de recristallisation
aciers non alliés
450 à 600°C
aciers alliés
600 à 800°C
assez
rapide
assez rapide
structure à gros
grains
de détente (ou de
stabilisation, ou de
relaxation)
350 à 650°C
assez
rapide
refroidissement lent
(pour éviter de
nouvelles
contraintes)
-
de régénération
(affinage structural)
légèrement supérieure à
AC
sans
maintien
prolongé
le plus rapide
possible
isotherme
665°C
assez long
relativement vite
puis en conditions
isothermes
3
structure
perlite-ferrite
ou perlitecémentite
décomposition
complète de
l'austénite.
Actions sur les
propriétés des
matériaux
affaiblir ou
éliminer la
ségrégation
dendritique,
augmenter la
plasticité
permet à l'état de
contrainte d’être
éliminé, l'acier
retrouve sa
plasticité, sa
ductilité grâce à la
formation de
nouveaux cristaux
supprime ou
diminue les
contraintes
résiduelles
augmenter la
dureté
redonne ça
plasticité
1) peut importe
mais il faut prêter
attention, à la
première phase
il existe trois cas :
1) inférieure à AC
1
(790°C) mais le plus
proche possible de AC
1
incomplet (ou
coalescence, ou
globulisation, ou
sphéroïdisation)
2) maintien prolongés à
une température
légèrement supérieure à
AC mais inférieure à
1
AC avec un premier
globulisation
de la cémentite
donne à l'acier
une structure
propice à la
trempe et à
l’usinage et
augmente la
ductilité.
structure à gros
grains
ceci accroît de
10 à 15 % la
résistance et la
dureté de l'acier
2) lent
maintien
prolongé
3
palier inférieur à AC
1
3) passer au-dessus de
AC s’il y a trop
3) lent
3
d’éléments à dissoudre,
puis réaliser une
variations autour de
(recuit oscillant).
de normalisation
légèrement au-dessus
de AC
3
assez
rapide
- 12 -
assez rapide
Transvalor
On peut optimiser le temps de maintien par une maîtrise des lois de la diffusion des éléments
incriminés en utilisent la relation suivante :
∆C = ∆C0 e
−
Dt 2
π
l
∆C0 (%) écart de teneur maximal avant traitement,
∆C (%) écart de teneur visé après traitement,
t (h) durée du maintien en heures,
l (cm) distance moyenne entre les points immédiatement voisins de concentration maximale et
minimale,
D (cm2/s) coefficient de diffusion à la température de traitement. [4]
II.B. Trempe
Dans le cas du traitement thermique des métaux dit trempés on réalise une opération visant à
refroidir l’acier. La vitesse critique de trempe est la vitesse de trempe minimale qui permet
d’obtenir une structure entièrement martensitique. Cette vitesse dépend de la composition
chimique de l’acier et de son histoire antérieure (taille de grains austénitiques, condition
d’austénitisation …), ces paramètres permettent de définir la trempabilité.
La sévérité de trempe h, selon Grossmann (ne dépend que de sa conductivité thermique). Elle
est égale à :
h=
α
2λ
avec α coefficient de transmission de la chaleur entre la pièce et le milieu de trempe.
λ conductivité thermique du milieu de trempe.
Lors du refroidissement qui accompagne la trempe, il y a apparition de gradients de
température et de structure dans la pièce qui peut conduire à des déformations, des fissures
(appelées tapures de trempe). Il faudra faire un compromis entre le résultat recherché et la
sévérité de la trempe pour éviter des problèmes de structure.
On peut classer les trempes par ordre de sévérité (pour les plus couramment utilisées):
Bains fluidisés
Solutions d’eau
et
de sel (saumures)
Huiles
Eau
- 13 -
Brouillards
Air
et
Gaz
Transvalor
II.B.1. La trempe dans la masse
Trempe
Principe
Vitesse de refroidissement
par étape en
bain de sel
ou en lit
fluidisé
Vitesse de trempe
sensiblement améliorée
par une agitation.
Si on ajoute des sels (type ClNa,
Cl2Ca ) on augmente la sévérité
de la trempe par rapport à l’eau, la
vitesse de refroidissement
maximale est comprise entre 500
à 600°C.
à l’eau
refroidissement rapide,
arrêt de la trempe quand
la surface s’approche des
200-400°C.
maximale quand la température de
la surface de la pièce est voisine
de 300°C.
Avantages et
inconvénient
vitesse de refroidissement qui
décroît régulièrement au
cours du temps.
refroidissements en des
temps comparables à ceux
obtenus avec de huiles (sans
les conséquences de la
vaporisation de l’huile).
la vitesse de refroidissement
n’est pas constante (points
locaux d’adoucissement).
risque de tapures.
nettoie la calamine ce qui
améliore l’échange
thermique,
augmente la dureté.
à l’huile
au brouillard
à l’air
les huiles de bases
(minérales ou de
synthèses), les huiles
avec additifs qui
augmentent la résistance
à l’oxydation.
fort courant d’air avec
des gouttelettes d’eau en
suspension.
maximale quand la température de
la surface de la pièce est voisine
de 400 à 600°C.
refroidissement qui n’est pas
constante,
il faut dégraisser les pièces.
Plus importante qu’à l’air
quatre à cinq fois plus rapide
que celui de l’air
Faible
les risques de déformations
sont d’autant plus grands que
le mode de refroidissement
est plus rapide.
calme ou pulsé
II.B.2. La trempe superficielle
C’est un traitement local qui ne trempe qu'une mince couche superficielle, tout en laissant
intacte la couche sous-jacente (noyau ductile). Il existe beaucoup de pièces mécaniques qui ne
subissent l'usure qu'à la surface et nécessitent un cœur ductile (résistant aux charges
dynamiques).
On chauffe la pièce jusqu'à l'obtention d'une température de trempe à la surface, c'est une
transformation martensitique.
- 14 -
Transvalor
Traitement
local
Principe
chauffage par
induction
le chauffage est assuré
par l'action thermique
du courant induit dans
la pièce
(cf figure 11).
Température
vitesse de chauffe
rapide
Avantages et inconvénient
le courant passe surtout par la surface du
conducteur (l'effet de peau est d'autant moins
profond que la fréquence est très élevée).
la martensite à grain fin permettant d’obtenir
une dureté maximal.
employée pour de grosses pièces (cylindres de
laminoirs, arbres etc.)
la surchauffe peut conduire à la formation de
l'austénite à gros grains à la surface.
la surface de la pièce
est chauffée à la
flamme de gaz (par des
brûleurs à acétylène ou
gaz normal…).
température est très
élevée 2400°C à
3150°C
chauffage par
faisceaux
d’énergie (laser,
faisceau
d’électrons)
échauffement de la
surface par les
faisceaux.
-
opération de finition mécanique pour obtenir un
alliage de surface.
chauffage par
plasma pulsé
échauffement de la
surface par les
faisceaux.
De l’ordre de
450°¨C à 590°C
PaCVD (Dépôt Chimique en phase Vapeur
assisté par Plasma) permet notamment de
déposer sur une couche nitrurée des couches
minces très adhérentes de TiN, carbures divers
feuilletés, ou carbone amorphe.
de l’ordre de 300°C
à 580°C
l'azote est diffusé de la surface vers le cœur de
la pièce.
chauffage au
chalumeau
consiste à plonger des
pièces en alliages
traitement de
ferreux dans un milieu
nitruration
susceptible de céder de
l'azote.
chauffage sous une
atmosphère composée
d’un mélange d’azote
traitement de
et de méthanol qui
cementation
vont créer du carbone
naissant.
enrichissements
superficiels en carbures
dans les aciers au
traitements
thermochimiques chrome ou les dépôts
chimiques en phase
vapeur
de l’ordre de 900°C
la couche superficielle acquiert une structure
martensitique, alors que les couches sousjacentes ont une structure troostite (agrégat de
cémentite et de ferrite) plus martensite
accroissement de la dureté de surface réside
dans l’accroissement de la résistance à l’usure
et dans une meilleure tenue à la fatigue.
possibilité de durée inégale, de tapures et de
criques.
entre 800°C et
1 000°C
- 15 -
ces opérations seront suivies immédiatement par
une trempe ou un revenu
création d’une phase austénitique.
Transvalor
Remarques sur le chauffage par induction :
Figure 11 : trempe par induction [4]
La pièce est placée à l'intérieur d'un inducteur composé d'une ou de plusieurs spires. Le
courant induit ne s'établit qu'en surface de la pièce. L’épaisseur de la trempe dépend de la
fréquence).
La profondeur de pénétration du courant est donnée par la formule suivante :
y=K
ρ
µ. f
avec K = 5 000 constante, ρ résistivité de l'acier en Ω.mm²/m, µ perméabilité magnétique de
l'acier H/m et f fréquence du courant en Hz.
La trempe par induction est souvent suivie d’un auto revenu, le refroidissement de la trempe
n'est pas complet, la pièce garde une quantité de chaleur résiduelle qui correspond aux
températures de revenu à basse température.
II.C. Revenu
Le revenu est généralement pratiqué après trempe. On cherche à supprimer les contraintes
internes et à diminuer la fragilité des pièces trempées tout en conservant une dureté suffisante.
Le chauffage de l'acier trempé est effectué à une température inférieure à AC , suivi d'un
1
maintien à cette température et d’un refroidissement jusqu'à la température ambiante (la
fragilité du métal dépend de la vitesse de refroidissement) cf figure 10.
- 16 -
Transvalor
L’importance de suppression des contraintes et d'autant plus complète que la température du
revenu est élevée et que le temps de maintien est grand. Pour éviter un flambage il faut
refroidir lentement mais pas trop (risque fragilisation du métal).
Revenu
de détente
d’adoucissement
Température
entre 140°C et 200°C
entre 450°C et 600°C
But
diminuer les contraintes
internes ; relever la limite
d’élasticité
décomposition complète
de la martensite par
précipitation du carbone
sous forme de cémentite
Fe3C
- 17 -
Risque
phénomène de
fragilisation réversible
dans la zone de 350 à
450°C
Transvalor
Chapitre III - LES MODELES
III.A. Le modèle de cinétique de transformation de phases
des aciers
III.A.1. Généralités
Il existe différents types de modèles pour représenter l’évolution de la structure d’un acier
pendant une opération de trempe. Le modèle présenté dans ce chapitre a été développé en
collaboration avec :
- Le laboratoire de Science et Génie des Matériaux Métalliques (LSG2M à
Nancy).
-Le Centre de Mise en Forme de l’Ecole des Mines de Paris (CEMEF à SophiaAntipolis)
L’évolution des structures métallurgiques en fonction du temps est ici représentée par un
diagramme TTT (Température-Temps-Transformation). Ce diagramme est obtenu en trempe
isotherme et réunit les courbes reliant les points correspondants pour chaque température :
- au temps de début de transformation
- au temps de fin de transformation
- à des temps intermédiaires correspondant à des taux intermédiaires (10%, 90%)
La figure 12 donne une représentation schématique du diagramme TTT tel qu’il est utilisé
dans le modèle de transformation de phases d’acier. Le diagramme est décomposé en
différents domaines de transformation séparés par les températures caractéristiques de l’acier.
- A3-A1
- A1-TH
- TH-Bs
- Bs-Bf
- Bf-Ms
- Ms-
: Domaine de formation Ferrite proeutectoïde seule
: Domaine de formation Ferrite + Perlite
: Domaine de formation Perlite seule
: Domaine de formation Bainite (incomplète)
: Domaine de formation Bainite
: Domaine de formation Martensite
- 18 -
Transvalor
Figure 12 : Représentation schématique d’un diagramme TTT
III.A.2. Germination : Modèle de Scheil
Sur la figure 18, le temps avant la transformation de l’austénite en une autre phase
correspond à la germination ou à l’incubation. Ce temps est obtenu dans des conditions
isothermes. La généralisation du calcul du temps d’incubation à tout type de chemin
thermique est obtenue en utilisant un modèle de Scheil. Le paramètre de Scheil est défini par :
t
dt
τ (T )
t0
Scheil = ∫
Ou « τ (T ) » correspond au temps de début de transformation à la température T.
Le début de transformation de l’austénite correspondra au moment ou la constante de Scheil
sera égale à l’unité.
t
dt
∫t τ (T ) = 1
0
Additivité des germinations pearlitiques et bainitiques: Le modèle utilisé permet de
considérer la non-additivité des germinations perlitiques et bainitiques. Ce phénomène est
représenté par un facteur de correction dans l’intégration du paramètre de Scheil. (Au
passage de la température BS le facteur de Scheil est multiplié par le facteur « Fincub »)
III.A.3. Croissance : Modèle de Johson Mehl
Avrami
Le modèle utilisé pour simuler la croissance est le modèle de Johson Mehl Avrami. Il
est représenté dans les conditions de transformation isotherme par l’équation suivante :
- 19 -
Transvalor
(
(
y = y max 1 − exp − bt n
))
Où :
•
•
•
•
y est le taux de phase transformé.
ymax est le taux maximum de la phase transformable à une température donné.
t est le temps écoulé depuis le début de la phase de croissance (Constante de
Scheil égale à l’unité).
b et n sont les coefficients de la loi d’Avrami.
La figure 13 ci-dessous présente schématiquement les phases de germination et de
croissance en condition isotherme dans le cas d’un diagramme de type TTT.
Courbe de
début de
Transformatio
n
T
Germination
Croissance
1
Evolution
de la
contante
de Scheil
Ymax
Evolution
du taux de
phase Y
Temps
Figure 13 : Représentation schématique de la germination et de la croissance
III.A.4. Transformation martensitique
La transformation Martensitique est une transformation sans diffusion modélisée par
l’équation de Koistinen et Marburger.
y = yγ (1 − exp(− AM (M S − T )))
L’austénite non transformée en Ferrite, Perlite ou Bainite lors du refroidissement commence à
se transformer en Martensite dès le passage de la température Ms.
où :
•
y est le taux de Martensite transformée.
- 20 -
Transvalor
•
yγ est le taux d’austénite non encore transformée au passage de Ms.
•
AM est un paramètre fonction de l’acier.
III.A.5. Austénitisation
L’austinisation consiste à transformer en austénite les différente phases présentent à basse
température en chaufant l’acier à une temperatue de l’ordre de 800 à 900°C (température
supérieure à la température d’austénitisation A3 variable suivant les aciers). Pour simuler cette
transformation en prenant en compte l’évolution de la température, un modèle simple est
utilisé:
∂y γ
∂t
= (1 − y γ ) ⋅ α ⋅ (T − A 3 )
β
La vitesse de création de l’austénite est fonction de la température et de la fraction pouvant
encore être transformée.
où :
• yγ est le taux d’austénite.
•
•
A3 est la température d’austénitisation
α et β sont les deux paramètres du modèle
III.B. Le modèle de mécanique
III.B.1. Comportement plastique
Pour caractériser le comportement en plasticité du matériau en fonction de l’évolution
des transformations, on a choisit de caractériser chacune des phases (Austénite, Ferrite,
Perlite, Bainite, Martensite) en fonction de la température. Pour chacune des phases, la loi
utilisée pour décrire ce comportement est une loi additive qui s’écrit sous la forme suivante :
σ 0 = σ 00 + Hε n + Kε& m
où :
•
•
•
Les paramètres σ 00 , H, n, K et m sont fonctions de la température et de la phase
considérée (austénite, ferrite, perlite, martensite)
ε est la déformation équivalente moyenne de la phase considérée.
ε& est la vitesse de déformation.
Une loi de mélange prenant en compte le taux des phases présente permet d’obtenir, à chaque
instant, le comportement plastique équivalent.
- 21 -
Transvalor
III.B.2. Comportement élastique
Les paramètres caractérisant l’élasticité linéaire (module d’Young, coefficient de
Poisson) doivent également être déterminés pour chacune des phases en fonction de la
température. Une loi mélange permet de prédire le comportement élastique résultant dans
l’acier multi-phasé.
III.C. Caractéristiques thermiques : masse volumique
chaleur massique, conductivité
De la même manière tous ces paramètres sont dépendants de la phase et de la
température et une loi des mélanges est utilisée.
III.D. Le modèle couplé
Calcul Métallurgique
Calcul Mécanique
Calcul Thermique
Figure 14 : Modèle couplé
Le modèle proposé tient compte des couplages entre les cinétiques de transformation,
le comportement mécanique et les évolutions thermiques. Différents couplages liant ces
différents phénomènes sont donc modélisés.
- 22 -
Transvalor
Chapitre IV - LES COUPLAGES
IV.A. Couplage thermique – mécanique
IV.A.1. Dilatation thermique
Les variations de température induisent des variations des dimensions des pièces. Chacune
des phases de l’acier a un coefficient de dilatation thermique variant avec la température. Une
loi de mélange permet d’obtenir, à chaque instant, le coefficient de dilatation thermique
équivalent associé au matériau.
IV.B. Couplage changement de phase – thermique
IV.B.1. Enthalpie de transformation
Au refroidissement, les transformations de phases d’un acier sont exothermiques. Le modèle
utilisé prend en compte l’enthalpie de transformation de chacune des phases (ferrite, perlite,
bainite, martensite) en fonction de la température.
IV.C. Couplage changement de phase – mécanique
IV.C.1. Dilatation de changement de phase
Comme cela a été vu dans le paragraphe précédent, les structures cristallines ne sont pas
identiques pour les différentes phases d’un acier. La transformation de phase s’accompagne
donc d’une variation de volume. Cette variation est modélisée par un paramètre de dilatation
de changement de phase appliqué sur le taux de phase transformé instantanément.
IV.C.2. Plasticite de transformation
La plasticité de transformation est la déformation anormale observée lorsque qu’une
transformation de phase s’effectue sous contrainte. Expérimentalement, une éprouvette traitée
thermiquement sous charge présente une déformation plastique résiduelle plus importante que
celle prédite avec des modèles classiques. Ce phénomène est pris en compte dans la
simulation aux travers de coefficient de plasticité de transformation défini pour chaque
transformation de phases.
- 23 -
Transvalor
IV.C.3. Influence de l’état de contrainte sur la
cinétique de transformation
Lors d’un traitement thermique sous contraintes, on observe que ces contraintes peuvent
retarder l’apparition des différentes phases. Deux phénomènes peuvent être considérés :
- Décalage des cinétiques de transformation :
Les temps caractéristiques de début de transformation (tdeb), à 10% de transformation
(t10) ou à 90% de transformation (t90) sont modifiés. Ce décalage est représenté par
l’équation :
t − t′
D= i i
ti
où :
• Le paramètre de décalage D est, pour chacune des phases, fonction de la
contrainte équivalente.
• t i représente un des temps caractéristiques de la transformation à une
température donnée (tdeb, t10 ou t90).
• t ′i est la nouvelle température caractéristique après le décalage des cinétiques de
transformation.
- La modification de la température de transformation martensitique MS :
La température de début de transformation martensitique MS peut être également
considérée comme évoluant avec l’état de contrainte. Le modèle choisit prend en
compte la contrainte équivalente et la pression hydrostatique pour calculer la nouvelle
température MS’.
MS′ = MS + A ⋅ σ eq + B ⋅ p
où :
• MS est la température de début.
• t i représente un des temps caractéristiques de la transformation à une
température donnée (tdeb, t10 ou t90).
• t ′i est la nouvelle température caractéristique après le décalage des cinétiques de
transformation.
IV.C.4. Mémoire de la déformation lors d’un
changement de phase
La déformation équivalente cumulée peut être considérée comme étant liée à un taux de
dislocation présent dans le matériau. Lors d’un changement de phase, ce paramètre est donc
fortement modifié. On peut choisir de conserver ou de réinitialiser la déformation cumulée
préalablement obtenue. Cette possibilité est donnée au travers du paramètre γ variant avec la
température
Si γ = 0 : Pas de mémoire : la déformation équivalente est réinitialisée
Si γ = 1 : Mémoire totale : la déformation équivalente est conservée
Si 0 < γ < 1 : Mémoire partielle
- 24 -
Transvalor
Chapitre V - TREMPE DE MATERIAUX HETEROGENES
V.A. Taux de carbonne variable - Cementation
Le taux de carbone peut ne pas être constant dans la pièce à tremper. Cela peut être du à des
hétérogénéités de production (ségrégation, …) ou à un enrichissement en carbone contrôlé par
exemple dans un traitement de cémentation.
Le taux de carbone dans la pièce peut être initialisé dans le pré-processeur (variable
« CARBON »). Dans le cas d’une cémentation, il est également possible de calculer un taux
carbone local en utilisant des modèles de diffusion.
Les températures caractéristiques, le taux de phase maximum pouvant être transformé et les
cinétiques de transformation sont recalculées en fonction de ce taux de carbone local et de la
composition de l’alliage.
a) Modification des températures caractéristiques
Des modèles permettent d’estimer la variation de des températures caractéristiques lorsque le
taux de carbone autour d’un taux de référence. La figure suivante présente, pour une
composition en élément de référence donnée, la variation des températures caractéristiques.
1000
Temperature (°C)
900
800
700
600
A3
500
A1
400
BS
MS
300
200
100
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
% Carbone
Figure 15: Evolution des températures caractéristique en fonction du taux de carbone
autour d’un taux de référence
- 25 -
Transvalor
b) Modification des cinétiques de transformation
Pour une composition en élément d’addition donnée, l’évolution du taux de carbone modifie
les temps caractéristiques de transformation (tdébut, t10%, t90%). Des facteurs correctifs sur les
temps de transformations sont donc calculés en fonction de la composition et du taux de
carbonne. A partir de ces temps caractéristiques, les paramètres de la loi d’Avrami peuvent
être recalculé.
1000
1000
Temps (s)
Temps (s)
100
100
10
t90% ferrite
t10% ferrite
t90% perlite
t10% perlite
tdeb perlite
t90% ferrite
10
1
0
tdeb ferrite
0.2
0.4
0.6
t10% ferrite
tdeb ferrite
0.8
1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.1
% Carbone
% Carbone
a) A1 < T < A3
b) TH < T < A1
Temps (s)
1000
100
10
tdeb bainite
t10% bainite
t90% bainite
1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
% Carbone
c) MS < T < BS
Figure 16 : Evolution des températures caractéristique en fonction du taux de
carbone autour d’un taux de référence
V.A.2. Taille de grain hétérogène dans le lopin
La taille de grain métallurgique initiale influence la cinétique de transformation. Il
existe des relation entre la taille de grain exprimée en ASTM et le décalage des temps de
transformation. Les figures suivantes présente un exemple d’évolution des temps
caractéristiques de la transformation en fonction de la taille de grain.
- 26 -
Transvalor
1000
1000
t10% ferrite
Temps (s)
Temps (s)
t90% ferrite
100
tdeb ferrite
10
100
t90% perlite
t10% perlite
tdeb perlite
10
t90% ferrite
t10% ferrite
tdeb ferrite
1
1
0
2
4
6
8
10
12
0
2
4
ASTM
6
8
10
12
ASTM
a) A1 < T < A3
b) TH < T < A1
Temps (s)
1000
100
10
tdeb bainite
t10% bainite
t90% bainite
1
0
2
4
6
8
10
12
ASTM
c) MS < T < BS
Figure 17 : Evolution des températures caractéristique en fonction de la taille de
grain ASTM
La taille de grain ASTM peut être définie en tout point de la pièce en utilisant le préprocesseur (variable ASTM_AVERAGE). La taille de grain initiale peut être également
obtenue par le calcul de son évolution durant des opérations de mise en forme
Remarque :
- une taille ASTM 4 correspond à un grain de 90µm
d µm = 1000 ⋅ 10
- 27 -
-
ASTM + 2.95
3.32
Transvalor
DONNEES
V.B. Exemples de données caratéristiques
Cet exemple est basé sur un acier 42CrMo4
V.B.1. Diagramme TTT
Les cinétiques de transformation ont représentée grâce au diagramme TTT (TempsTempérature-Transformation) (figure 18 ) .
800
A3
A1
700
TH
BS
600
Température (°C)
Tdeb Ferrite
T10% Ferrite
BF
T90% Ferrite
500
T10% Perlite
T90% Perlite
Tdeb Bainite
400
T10% Bainite
T90% Bainite
Tdeb Perlite
MS
300
200
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
Temps (s)
Figure 18 : Diagramme TTT du 42CrMo4 TTT
V.B.2. Taux de phase transformée maximun
En fonction de la température, le taux maximum de phases pouvant être transformé évolue.
800
A3
A1
700
TH
BS
Température (°C)
600
BF
500
Ferrite
Perlite
Bainite
400
MS
300
200
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Ymax
Figure 19 : Diagramme de taux de phase transformée maximum
- 28 -
Transvalor
V.B.3. Enthalpie de transformation
Lors du refroidissement, la transformation de l’austénite en une autre phase est un processus
exothermique. Ce phénomène est représenté par des enthalpies de transformation comme
illustré sur la figure suivante.
800
A3
A1
700
TH
BS
Température (°C)
600
BF
500
Dis Ferrite
Dis Perlite
Dis Bainite
Dis Martensite
400
MS
300
200
0.00E+00
1.00E+08
2.00E+08
3.00E+08
4.00E+08
5.00E+08
6.00E+08
7.00E+08
8.00E+08
9.00E+08
1.00E+09
Dissipation
Figure 21 : Enthalpie de transformation en fonction de chaque phase
V.B.4. Prédiction de la dureté
Pour prédire la dureté finale de la pièce trempée, le modèle choisi calcule la dureté en
fonction de la température de création de la phase considérée :
- En général, plus la phase a été créée à haute température, moins la dureté à
température ambiante est importante.
Une loi de mélange permet ensuite de déduire la dureté macroscopique locale du matériau
trempé.
800
A3
A1
700
TH
BS
Température (°C)
600
HV Aust
BF
500
HV Ferrite
HV Perlite
HV Bainite
HV Martensite
400
MS
300
200
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Dureté HV
Figure 20 : Dureté HV en fonction de la température
- 29 -
Transvalor
V.C. Les fichiers de données dans Forge
V.C.1. Le fichier materiau ".tmf"
Pour décrire le comportement du matériau, on utilise des fichiers matériaux de type
« .tmf » directement accessible par le pré-processeur. Dans le cas particulier de la trempe
d’acier, des fichiers spécifiques supplémentaires sont nécessaires : « .TTT », « LOI »
{ Software= GLPre_V2.1 }
{ Comments=
}
{ Rheological_Units= mm-mpa }
{ Rheological_Data_as_Text =
TTT
Floi = 42crmo4-lsg2m.loi
Fttt = 42crmo4-lsg2m.ttt
}
{ Thermal_Units= SI }
{ External_Files_To_Copy= 42crmo4-lsg2m.loi , 42crmo4-lsg2m.ttt }
En lançant le module « Base de données TTT », un fichier matériau (.tmf)
correspondant au matériau dont la composition chimique aura été spécifiée auparavant est
créé. Ceci permet d’introduire de façon automatique toutes les données nécessaires à la
création d’un fichier de données destiné à un calcul de simulation de traitement thermique.
Dans ce cas, le modèle approché créé ne considère pas l’écrouissage cinématique et
l’influence des contraintes sur la cinétique de transformation.
- 30 -
Transvalor
V.C.2. Les fichiers spécifiques – règles générales
RAPPEL : tous ces fichiers peuvent être créés automatiquement par le module “Base de
données TTT”
Les valeurs constantes sont introduites comme un couple « mot clé = valeur »
A3 = 760.
Pour un ensemble de valeurs, la première ligne donne le nom de la variable et une description
des colonnes. Les lignes suivantes sont toutes les valeurs séparées par des virgules.
Ferrite : Temperature
600
610
. . .
740
750
760
,
,
,
,
,
,
Tdeb ,
170.0 ,
155.0 ,
T10% ,
245.0 ,
210.0 ,
T90% ,
750.0 ,
590.0 ,
Ymax ,
0.260 ,
0.280 ,
300.0 , 1050.0 , 10500. ,
0.250 ,
800.0 , 2850.0 , 31500. ,
0.125 ,
2400.0 , 10000.0 , 94500.0 , 1.000E-10
Or
Austenite : Temperature ,
0 ,
1100 ,
Young , Poisson ,
195E+03 ,
0.3 ,
100E+03 ,
0.3
Quelques fonctions peuvent être introduites sous forme de fonction polynomiale.
Bainite : Polynome Durete,
A0
= 4.89E3
,
A1
= -25.8
,
A2
= 4.93E-2 ,
A3
= -3.2E-5
- 31 -
Transvalor
V.C.3. Les fichiers spécifiques – Le fichier ".ttt"
!---------------------- Material Description ------------------.COMPOSITION
CARBON=
0.42
CR=
1.000
MN=
0.700
MO=
0.200
SI=
0.200
S =
0.035
P =
0.035
.FIN COMPOSITION
CARBON EUTECTOIDE=
0.8
!--------------------------------------------------------------!------------------- Characteristic Temperatures --------------A3 = 760.
A1 = 725.
TH = 600.
BS = 600.
BF = 525.
MS = 310.
Fincub = 0.
Amart = 0.027
Aaust = 10.0000
Baust = 2.0000
!------------------------- IT (TTT) Diagram -------------------!---------------------------------------------------------------Ferrite : Temperature ,
Tdeb ,
T10% ,
T90% ,
Ymax ,
550 ,
17.5 ,
295.0 , 1500.0 ,
0.185 ,
560 ,
22.0 ,
285.0 , 1350.0 ,
0.200 ,
570 ,
35.0 ,
275.0 , 1200.0 ,
0.215 ,
580 ,
55.0 ,
265.0 , 1050.0 ,
0.230 ,
590 ,
135.0 ,
255.0 ,
900.0 ,
0.245 ,
600 ,
170.0 ,
245.0 ,
750.0 ,
0.260 ,
610 ,
155.0 ,
210.0 ,
590.0 ,
0.280 ,
620 ,
125.0 ,
170.0 ,
455.0 ,
0.300 ,
630 ,
98.0 ,
135.0 ,
355.0 ,
0.320 ,
640 ,
79.0 ,
110.0 ,
275.0 ,
0.340 ,
650 ,
63.0 ,
87.0 ,
215.0 ,
0.360 ,
660 ,
52.0 ,
72.0 ,
160.0 ,
0.380 ,
670 ,
43.0 ,
64.0 ,
132.0 ,
0.400 ,
680 ,
37.0 ,
63.0 ,
135.0 ,
0.420 ,
690 ,
33.5 ,
68.0 ,
175.0 ,
0.460 ,
700 ,
35.5 ,
85.0 ,
285.0 ,
0.500 ,
710 ,
44.0 ,
125.0 ,
580.0 ,
0.490 ,
720 ,
64.0 ,
200.0 , 1400.0 ,
0.480 ,
725 ,
82.0 ,
280.0 , 2250.0 ,
0.423 ,
730 ,
115.0 ,
400.0 , 3500.0 ,
0.365 ,
740 ,
300.0 , 1050.0 , 10500. ,
0.250 ,
750 ,
800.0 , 2850.0 , 31500. ,
0.125 ,
760 ,
2400.0 , 10000.0 , 94500.0 , 1.000E-10
!---------------------------------------------------------------!---------------------------------------------------------------Perlite : Temperature ,
Tdeb ,
T10% ,
T90% ,
Ymax ,
550 ,
, 2600.0 , 6600.0 ,
0.815 ,
560 ,
, 2300.0 , 5900.0 ,
0.800 ,
570 ,
, 2000.0 , 5200.0 ,
0.785 ,
580 ,
, 1700.0 , 4500.0 ,
0.770 ,
590 ,
, 1400.0 , 3800.0 ,
0.755 ,
600 ,
, 1100.0 , 3100.0 ,
0.740 ,
610 ,
,
810.0 , 2400.0 ,
0.720 ,
620 ,
,
590.0 , 1700.0 ,
0.700 ,
630 ,
,
445.0 , 1150.0 ,
0.680 ,
640 ,
,
335.0 ,
770.0 ,
0.660 ,
650 ,
,
250.0 ,
550.0 ,
0.640 ,
660 ,
,
195.0 ,
380.0 ,
0.620 ,
670 ,
,
155.0 ,
270.0 ,
0.600 ,
680 ,
,
155.0 ,
250.0 ,
0.580 ,
690 ,
,
200.0 ,
400.0 ,
0.540 ,
700 ,
,
350.0 , 1200.0 ,
0.500 ,
710 ,
, 1100.0 , 10000.0 ,
0.510 ,
720 ,
, 5000.0 , 90000.0 ,
0.520 ,
725 ,
, 10000.0 ,450000.0 ,
0.525
!
730 ,
,
,
,
0.530
- 32 -
Transvalor
!---------------------------------------------------------------!---------------------------------------------------------------Bainite : Temperature ,
Tdeb ,
T10% ,
T90% ,
Ymax ,
280 ,
23.0 ,
58.0 ,
180.0 ,
,
290 ,
22.5 ,
57.0 ,
170.0 ,
,
300 ,
22.0 ,
56.0 ,
160.0 ,
,
310 ,
21.5 ,
55.0 ,
150.0 ,
,
320 ,
21.0 ,
54.0 ,
145.0 ,
,
330 ,
20.5 ,
52.5 ,
140.0 ,
,
340 ,
20.0 ,
51.0 ,
135.0 ,
,
350 ,
19.5 ,
49.5 ,
130.0 ,
,
360 ,
19.0 ,
47.5 ,
125.0 ,
,
370 ,
18.4 ,
45.5 ,
120.0 ,
,
380 ,
17.7 ,
43.5 ,
115.0 ,
,
390 ,
17.0 ,
41.5 ,
110.0 ,
,
400 ,
16.3 ,
39.5 ,
105.0 ,
,
410 ,
15.5 ,
37.5 ,
94.0 ,
,
420 ,
14.5 ,
34.5 ,
90.0 ,
,
430 ,
13.5 ,
32.0 ,
86.0 ,
,
440 ,
13.0 ,
30.0 ,
83.0 ,
,
450 ,
12.5 ,
28.5 ,
82.0 ,
,
460 ,
12.2 ,
27.5 ,
83.0 ,
,
470 ,
12.0 ,
27.0 ,
86.0 ,
,
480 ,
11.9 ,
27.5 ,
94.0 ,
0.999 ,
490 ,
11.8 ,
28.5 ,
115.0 ,
0.997 ,
500 ,
12.0 ,
30.5 ,
190.0 ,
0.995 ,
510 ,
12.5 ,
34.5 ,
600.0 ,
0.99 ,
520 ,
13.0 ,
42.0 , 2000.0 ,
0.95 ,
530 ,
14.0 ,
56.0 , 5000.0 ,
0.80 ,
540 ,
15.0 ,
120.0 , 7000.0 ,
0.70 ,
550 ,
17.5 ,
220.0 , 8200.0 ,
0.60 ,
560 ,
22.0 ,
300.0 , 9800.0 ,
0.50 ,
570 ,
35.0 ,
350.0 , 11000.0 ,
0.40 ,
580 ,
55.0 ,
400.0 , 11600.0 ,
0.30 ,
590 ,
135.0 ,
440.0 , 12200.0 ,
0.20 ,
600 ,
170.0 ,
460.0 , 12500.0 ,
0.00
!----------------------------- HARDNESS -----------------------!---------------------------------------------------------------Austenite : Polynome Durete,
A0
= 500.
!---------------------------------------------------------------Ferrite : Polynome Durete,
A0
= 502.
,
A1
= -0.533
!---------------------------------------------------------------Perlite : Polynome Durete,
A0
= -1150.
,
A1
= 4.340
,
A2
= -2.37E-3 ,
A3
= -1.56e-6
!---------------------------------------------------------------Bainite : Polynome Durete,
A0
= 4.89E3
,
A1
= -25.8
,
A2
= 4.93E-2 ,
A3
= -3.2E-5
!---------------------------------------------------------------!---------------------------------------------------------------Martensite : Polynome Durete,
A0
= 650.
!------------------------ DISSIPATION --------------------------!---------------------------------------------------------------Ferrite : Polynome Dissipation,
A0
= 5.90E8
!---------------------------------------------------------------Perlite : Polynome Dissipation,
A0
= 5.90E8
!---------------------------------------------------------------Bainite : Polynome Dissipation,
A0
= 2.4E8
!---------------------------------------------------------------Martensite : Polynome Dissipation,
A0
= 4.4E8
!----------------------------------------------------------------
- 33 -
Transvalor
V.C.4. Les fichiers spécifiques – Le fichier ".loi"
!--------------------------------------------------------------------------! Phases rheology description
!------------------------------------------------------------------------------------Austenite : Temperature ,
Sigma0 ,
K ,
m ,
H ,
n1 ,
Gamma,
0 ,
98.0 ,
0.0 ,
0.0 , 6851.0 ,
1 ,
0.0,
1000 ,
25.6 ,
0.0 ,
0.0 , 1852.0 ,
1 ,
0.0
!------------------------------------------------------------------------------------Ferrite
: Temperature ,
Sigma0 ,
K ,
m ,
H ,
n1 ,
Gamma,
0 ,
150.0 ,
0.0 ,
0.0 , 3115.0 ,
1 ,
0.0,
1000 ,
3.0 ,
0.0 ,
0.0 ,
84.0 ,
1 ,
0.0
!------------------------------------------------------------------------------------Perlite
: Temperature ,
Sigma0 ,
K ,
m ,
H ,
n1 ,
Gamma,
0 ,
400.0 ,
0.0 ,
0.0 , 45465.0 ,
1 ,
0.0,
1000 ,
10.0 ,
0.0 ,
0.0 , 4000.0 ,
1 ,
0.0
!------------------------------------------------------------------------------------Bainite
: Temperature ,
Sigma0 ,
K ,
m ,
H ,
n1 ,
Gamma,
0 ,
776.2 ,
0.0 ,
0.0 , 69789.0 ,
1 ,
0.0,
1000 ,
10.0 ,
0.0 ,
0.0 , 4000.0 ,
1 ,
0.0
!------------------------------------------------------------------------------------Martensite: Temperature ,
Sigma0 ,
K ,
m ,
H ,
n1 ,
Gamma,
0 ,
888.2 ,
0.0 ,
0.0 , 87907.0 ,
1 ,
0.0,
600 ,
810.5 ,
0.0 ,
0.0 , 69686.0 ,
1 ,
0.0
!------------------------------------------------------------------------------------!--------------------------------------------------------------------------! Phases elastic parameters
!--------------------------------------------------------------------------Austenite : Temperature ,
Young , Poisson ,
0 , 195E+03 ,
0.3 ,
1100 , 100E+03 ,
0.3
!--------------------------------------------------------------------------Ferrite
: Temperature ,
Young , Poisson ,
0 , 214E+03 ,
0.3 ,
1100 , 105E+03 ,
0.3
!--------------------------------------------------------------------------Perlite
: Temperature ,
Young , Poisson ,
0 , 214E+03 ,
0.3 ,
1100 , 105E+03 ,
0.3
!--------------------------------------------------------------------------Bainite
: Temperature ,
Young , Poisson ,
0 , 214E+03 ,
0.3 ,
1100 , 105E+03 ,
0.3
!--------------------------------------------------------------------------Martensite: Temperature ,
Young , Poisson ,
0 , 214E+03 ,
0.3 ,
1100 , 105E+03 ,
0.3
!--------------------------------------------------------------------------!-----------------------------------------------------------------------------! Phases thermal parameters
!-----------------------------------------------------------------------------Austenite : Temperature , Masse Volumique , Chaleur Massique,
Conductivite ,
0 ,
7800 ,
362 ,
15.0 ,
1100 ,
7800 ,
700 ,
29.0
!-----------------------------------------------------------------------------Ferrite
: Temperature , Masse Volumique , Chaleur Massique,
Conductivite ,
0 ,
7700 ,
470 ,
58.0 ,
1100 ,
7436 ,
1248 ,
50.0
!-----------------------------------------------------------------------------Perlite
Conductivite ,
0 ,
7855 ,
470 ,
38.0 ,
1100 ,
7585 ,
1248 ,
27.0
!-----------------------------------------------------------------------------Bainite
Conductivite,
0 ,
7855 ,
450 ,
34.0 ,
1100 ,
7500 ,
1055 ,
25.2
!-----------------------------------------------------------------------------Martensite: Temperature , Masse Volumique , Chaleur Massique,
Conductivite ,
0 ,
7800 ,
470 ,
25.0 ,
1100 ,
7800 ,
1248 ,
27.3
!------------------------------------------------------------------------------
- 34 -
Transvalor
!-----------------------------------------------------------------------------! Phases expansion parameters
!-----------------------------------------------------------------------------Austenite : Temperature , Coeff Dilatation,
0 ,
21.0E-06
!-----------------------------------------------------------------------------Ferrite
: Temperature , Coeff Dilatation,
0 ,
15.8E-06
!-----------------------------------------------------------------------------Perlite
0 ,
15.8E-06
!-----------------------------------------------------------------------------Bainite
0 ,
15.8E-06
!-----------------------------------------------------------------------------Martensite: Temperature , Coeff Dilatation,
0 ,
15.8E-06
!-----------------------------------------------------------------------------!-----------------------------------------------------------------------------! Volume change for phase changes
!-----------------------------------------------------------------------------Ferrite
: Variation Volumique = 7.635E-03
!-----------------------------------------------------------------------------Perlite
!-----------------------------------------------------------------------------Bainite
!-----------------------------------------------------------------------------Martensite : Variation Volumique = 8.819E-03
!-----------------------------------------------------------------------------!-----------------------------------------------------------------------------! Phases plasticity transformation coefficients
!-----------------------------------------------------------------------------Ferrite
: Temperature , Plasticite Transformation,
0 ,
6.E-04
!-----------------------------------------------------------------------------Perlite
0 ,
1.0E-04
!-----------------------------------------------------------------------------Bainite
0 ,
1.0E-04
!-----------------------------------------------------------------------------Martensite: Temperature , Plasticite Transformation,
0 ,
0.5E-04
!-----------------------------------------------------------------------------!-----------------------------------------------------------------------------! Phase transformation evolution with stress
!-----------------------------------------------------------------------------Ferrite
: Contrainte , Decalage ,
0.0 ,
0.000 ,
50.0 ,
0.425 ,
100.0 ,
0.850 ,
150.0 ,
1.275 ,
200.0 ,
1.700
!-----------------------------------------------------------------------------Perlite
0.0 ,
0.000 ,
50.0 ,
0.425 ,
100.0 ,
0.850 ,
150.0 ,
1.275 ,
200.0 ,
1.700
!-----------------------------------------------------------------------------Bainite
0.0 ,
0.000 ,
50.0 ,
0.073 ,
100.0 ,
0.263 ,
150.0 ,
0.507 ,
200.0 ,
0.742
!-----------------------------------------------------------------------------Martensite : Decalage Contrainte,
ASigeq = 5.2e-2,
BPress = -3.3e-2
- 35 -
Transvalor
Index :
.
.loi39
.tmf ........................................................................................................................................................................................... 35
.ttt 37
B
Bainite ................................................................................................................................................... 18, 21, 22, 36, 38, 39, 40
C
carbone ..................................................................................................................................................................................... 27
Chaleur Massique ............................................................................................................................................................... 22, 39
changement de phase .......................................................................................................................................................... 24, 25
constante de Scheil ................................................................................................................................................................... 20
D
diagramme TTT ......................................................................................................................................................18, 19, 27, 28
E
écrouissage cinématique .......................................................................................................................................................... 35
Enthalpie ............................................................................................................................................................................ 24, 34
F
Ferrite .............................................................................................................................................. 18, 21, 22, 36, 37, 38, 39, 40
J
Johson Mehl Avrami ................................................................................................................................................................ 20
M
martensite ........................................................................................................................................................................... 21, 24
P
Perlite .................................................................................................................................................... 18, 21, 22, 37, 38, 39, 40
plastique ................................................................................................................................................................................... 22
- 36 -
Transvalor
R
refroidissement ................................................................................................................................................................... 21, 25
T
trempe............................................................................................................................................................................18, 25, 35
- 37 -
Transvalor
Bibliographie
[1]
www-drfmc.cea.fr/.../chap4/Image247.gif
[2]
wikipedia/fr/0/02/Disloc.gif auteur Frédéric Mompiou
[3] http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Diag_phase_fer_carbone.png auteur Christophe
Dang Ngoc Chan
[4] Livre Des matériaux, éditions des écoles polytechniques de Montréal
2ème édition, J.M.DORLOT, J.P.BAILIAN, J.MASCUNARE, pages.301, 302, 303
- 38 -
Transvalor

Partie 8 : Traitement thermique Table des matières

Transcription

Documents pareils

AISI 420 DIN 1.4034

Etude du transformateur torique 2 transformateurs toriques (fer et

AISI 420F DIN 1.4035 - X45CrS13 AFNOR FD A 35

heat treatment furnaces fours de traitement

Platines C.XLS - Altmann Casting

AISI 304 DIN 1.4301

Caractéristiques des produits ferreux

Application

Recommandés pour la fabrication d`outillage : lames

LA TREMPE DES ACIERS

Viessmann Vitosol 200F S_2B